WO1994016873A1

WO1994016873A1 - Verfahren zur überwachung der betriebszuverlässigkeit einer co-extrusions-formanlage

Info

Publication number: WO1994016873A1
Application number: PCT/DE1994/000069
Authority: WO
Inventors: Bernd Schenk
Original assignee: Schenk Helga
Current assignee: Schenk Helga
Priority date: 1993-01-25
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 1995-07-25
Also published as: AU6035894A; DE4301935C1

Abstract

In Verbindung mit einem Verfahren zur Überwachung der Betriebszuverlässigkeit einer Co-Extrusions-Formanlage zur Herstellung von dreidimensionalen Behältern, wie zum Beispiel Kanistern und Schalen, wobei die Kunststoffmaterialien für die einzelnen Materialschichten über je einen Extruder (10, 20, 30) einer Schmelzepumpe (100, 200, 300) zugeführt wird, über die ihrerseits die Kunststoffmaterialien einem gemeinsamen Verteilerkopf (Co-Extrusionskopf) (50) und einer nachfolgenden profilgebenden Düse (60) zugeführt werden, die als Extrudat die einzelnen Materialschichten abgibt und einer Formstation (70) zuleitet, wird vorgeschlagen, daß am Eingang der Schmelzepumpe ein die Kontinuität des Förderstroms repräsentierender Betriebsparameter gemessen wird, und daß bei einem Absinken des Meßwerts des Betriebsparameters unter einen vorgegebenen, auf Förderprobleme im Extruder hinweisenden Grenzwert die Formstation abgeschaltet, insbesondere in ihre Ruhestellung überführt wird.

Description

Verfahren zur Überwachung der Betriebszuverlässigkeit einer Co-Ext rusi ons-For man L age

B E S C H R E I B U N G

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Betriebszuverlässigkeit einer Co- Extrusions-Formanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus Thermoplasten hergestellte dreidimensionale Kunststoff¬ behälter wie Kanister, aber auch Kunststoffhalbschalen, haben mehr und mehr eine große Marktbedeutung erlangt. In jüngster Zeit werden dabei mit zunehmender Tendenz im soge¬ nannten Co-Extrusionsverfahren Behälter mit Sperrschichten hergestellt, deren Aufgabe darin besteht, dem Behältnis dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend bestimmte spezi¬ fische Eigenschaften zu verleihen. Es versteht sich von selbst, daß diese spezifischen Eigenschaften nur dann ge¬ währleistet sind, wenn die Sperrschicht auch wirklich die gesamte Oberfläche des Behältnisses be- beziehungsweise überdeckt.

Für dreidimensional ausgestaltete Hohlkörper, wie zum Bei¬ spiel Kanister, gibt es nur vereinzelt Meßmethoden, mit denen schon während des Produktionsprozesses an vorbe¬ stimmten, statistisch verteilten einzelnen Stellen die Wanddicke ermittelt und angezeigt wird und über die im Feedback definierte Steuerungs- und Regelungsvorgänge aus¬ gelöst werden. Eine ganz besondere Bedeutung hat die Schichtdickemessung beziehungsweise das Überprüfen des Vorhandenseins von Schichten bei aus Materialien unter¬ schiedlicher Dehnung bestehenden mehrschichtigen Konstruk¬ tionen. Diese Materialien werden häufig durch ein Schlauch¬ blasverfahren vorgeformt und zwar im Verbund und sie werden dann erst vor dem vollständigen Abkühlen im Formwerkzeug in die endgültige Gestalt gebracht. Eine um 300 % höhere Bruchdehnung des Trägermaterials gegenüber dem Sperr¬ schichtmaterial ist dabei keine Seltenheit.

Es ist bekannt, daß insbesondere bei unregelmäßig gestalte¬ ten, unmittelbar extrusionsblasgeformten oder extrusions- vakuu geformten Hohlkörpern aufgrund von Fehlstellen in den Sperrschichten häufig Probleme auftreten. Dieses Problem läßt sich durch sogenannte geblockte Folien, d.h. durch Aufbauten mit doppelter Sperrschicht, vermindern (da Risse in den Sperrschichten im Regelfall nicht unmittelbar über¬ einander auftreten) . Der Einsatz derartiger Folien bedeutet jedoch im Regelfall einen wesentlich höheren technischen Aufwand; meist ist eine unmittelbar verkettete Produktion garnicht möglich.

Die mit der Schichtdickenverteilung verbundenen (Ferti- gungs-) Probleme lassen sich in Verbindung mit Flachfolien besonders einfach und in Verbindung mit Schlauchfolien mit erhöhtem technischen Aufwand weitgehend beherrschen be¬ ziehungsweise eliminieren:

Bei coextrudierten Flachfolien ist es möglich, die Schicht¬ dicken kontinuierlich während des Produktionsprozesses zu überprüfen beziehungsweise zu überwachen. Diesbezüglich sind verschiedene Verfahren bekannt, und zwar sowohl be¬ rührungslose, als auch mit Oberflächenkontakt arbeitende. Überwiegend werden traversierende Meßköpfe eingesetzt, die nach der elektronischen Speicherung des abgefahrenen Weges das gewünschte Dickenprofil der entsprechenden Sperrschicht sichtbar machen. Analoge Meßverfahren gibt es auch für kontinuierlich blasgeformte Folienschläuche.

Ein besonderes Problem sind jedoch die Förderstromschwan- kungen der Extruderschnecken und es ist insoweit auch anzu¬ merken, daß dem Fachmann unzählige Maßnahmen zur Ab¬ sicherung eines gleichmäßigen Materialeinzugs und -trans- ports im Extruder, sowie eines guten Aufsch elzens und Ver- mischens geläufig sind. Um das Problem einzugrenzen, werden insbesondere in Verbindung mit der Folienfertigung ver¬ stärkt sogenannte Schmelzepumpen eingesetzt, und zwar in Gestalt von Zahnradverdrängerpumpen, die dann bezogen auf den Massestrom nach dem Extruder angeordnet sind. Durch den Einsatz einer derartigen Schmelzepumpe wird ein relativ gleichmäßiger Volumenstrom erreicht und Druckschwankungen werden durch Rückkopplung der Schmelzepumpe zum Extruder¬ antrieb ausgeglichen. Durch die relativ geringen Masse¬ kräfte beziehungsweise Antriebsleistungen für die Schmelze¬ pumpen gegenüber den Extruderantrieben ist dabei eine sehr gute Regelung möglich.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht - auf der Basis der vorstehend genannten Details und Probleme - darin, einen Regelkreis zu schaffen, der einerseits Fehlstellen in den Sperrschichten sicher vermei¬ det und der andererseits gewährleistet, daß mangelhafte Teile von Gutteilen sicher aussortiert werden.

Ausgegangen wird dabei davon, daß eine gute, insbesondere homogenen Materialverteilung der Sperrschicht im Träger¬ material durch einen geeigneten Verteilerkopf gewährleistet ist. Mit anderen als im Patentanspruch 1 gebrauchten Worten besteht die Lösung der genannten Aufgabe letztlich darin, daß zum Beispiel das grundsätzliche Vorhandensein der Sperrschicht überprüft beziehungsweise überwacht wird, und zwar dadurch, daß zum Beispiel der vor der Schmelzepumpe anstehende Druck gemessen wird. Sinkt dieser Meßwert des Betriebsparameters "Druck" unter ein vorgegebenes Niveau ab, so ist von Förderproblemen im - bezogen auf den Masse¬ strom vorher angeordneten - Extruder auszugehen.

Erfolgt dann kein unmittelbares Nachfließen von Material und dreht die Schmelzepumpe mit unveränderter Drehzahl, so wird der Druck vollständig zusammenbrechen und es entsteht letztlich die Gefahr, daß die Schmelzepumpe trocken läuft und damit zu Schaden kommt. Aus diesem Grund wird vor der Schmelzepumpe ein Massedrucksensor angeordnet, der dann bestimmungsgemäß bei zu geringem Druck ein Abschaltsignal für den Antrieb der Schmelzepumpe generiert. Die Druckver¬ änderung vor der Schmelzepumpe wird als Regelparameter für den Antrieb des Extruders verwendet, wobei anzumerken ist, daß Extruder mit einem weiten Förderstrombereich im Hin¬ blick auf Druckschwankungen besonders anfällig sind. Eine derartige konstruktive Auslegung, d.h. die Verwendung von Extrudern mit einem weiten Förderstrombereich, ist jedoch grundsätzlich erforderlich, um am Markt bestehen zu können.

Generell ist je nach spezifischem Anwendungsgebiet als ent¬ scheidendes Qualltätsmerkmal für aus einer Folie oder einem Folienschlauch hergestellt Mehrschichtformteile die Gleich¬ mäßigkeit, d.h. Kontinuität, Homogenität, des Förderstroms der einzelnen Schichtkomponenten zu betrachten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt ein Prinzipschema einer Co-Extru- sions-Formanlage zur Herstellung eines

- aus einem Trägermaterial, zum Beispiel Polyäthylen, für die Außenschicht,

- aus einem Kleber als Haftvermittler, und

- aus einem Sperrschichtmaterial, zum Beispiel Polyamid, für die Innenschicht bestehenden 3-Schichten-Kanister. Das Trägermaterial, der Kleber und das Sperrschichtmaterial werden je in einem Extruder 10, 20, 30 aufbereitet und je einer separaten Schmelzepumpe 100, 200, 300 zugeführt. Die Extruder 10, 20, 30 weisen je einen Materialaufgabetrichter 11, 21, 31, sowie je einen Antriebsmotor 12, 22, 32 und ein Getriebe 13, 23, 33 auf und geben ausgangsseitige das aufge¬ schmolzene Material an die jeweils nachgeschaltete Schmelzepumpe 100, 200, 300 ab. Die Schmelzepumpen, die vorzugsweise als sogenannte Zahnradverdrängerpumpen realisiert sind, weisen ihrerseits je einen Antriebsmotor 101, 201, 301, sowie ein Getriebe 102, 202, 302 auf.

Von den Schmelzepumpen 100, 200, 300 werden die Material¬ ströme einem gemeinsamen Verteilerkopf beziehungsweise Co- Extrusionskopf 50 zugeführt, der ausgangsseitig mit einer profilgebenden Düse 60 gekoppelt ist. Diese Düse 60 gibt über ihre Breitschlitzdüsen parallel zueinander die drei Materialschichten Trägermaterial / Kleber / Sperrschicht¬ material in Form dreier koaxialer Folienschläuche an eine Formstation 70 ab. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle noch angemerkt, daß die einzelnen Extruder 10, 20, 30 über eine gemeinsame Anlagen-Regelung 40 miteinander verknüpft sind und so gemeinsam auf den gewünschten Betriebspunkt hochgefahren beziehungsweise auch wieder abgestellt werden können.

Die genannte Formstation 70 besteht - im Falle der Herstel¬ lung eines 3-Schicht-Kanister aus einem zweiteiligen Form¬ werkzeug 71, 71, das - je nach Betriebsweise dem kontinu¬ ierlichen oder intermittierenden Schlauchausstoß zufolge - über eine konjugierte Schließstation 72, 72 zusammenge¬ fahren wird, um so den Kanister auszuformen.

Die soweit beschriebene Vorrichtung und Verfahrensweise sind bekannt und haben sich im großen und ganzen auch bewährt. Um nun sicher zu gewährleisten, daß die Material¬ bahnen beziehungsweise Materialschichten, und insoweit auch die Folienschläuche "flächendeckend" vorhanden sind bezie¬ hungsweise aus der profilgebenden Düse 60 ausgestoßen werden, wird erfindungsgemäß über am Eingang der Schmelze¬ pumpen 100, 200, 300 angeordnete (Masse-) Drucksensoren 80 im kontinuierlichen Materialstrom der Massedruck ermittelt. Der so ermittelte Meßwert dient letztlich einerseits als Garant dafür, daß der Förderstrom ungestört ist und andererseits als Indikator dafür, daß die Förderung gestört ist.

Es wird damit schließlich und letztendlich erreicht, daß bei zu starkem Druckabfall vor der Schmelzepumpe 100, 200, 300 die nachgeschaltete Formstation 70 abgeschaltet wird beziehungsweise auf Nullposition / Startposition fährt. Damit wird gewährleistet, daß kein fehlerhaftes Formteil, sondern nur noch unverformtes Halbzeug die Maschine ver¬ läßt. So wird nicht nur durch die akustisch / optische Alarm-Signalgabe, sondern auch am Produkt selbst für jeden Nichtfachmann sofort das Vorhandensein einer Betriebs¬ störung erkennbar.

Durch den üblicherweise zwischen den Schmelzepumpen 100, 200, 300 und der Formstation 70 vorhandenen Materialvorrat ist insoweit sichergestellt, daß kein fehlerhaftes, insbe¬ sondere kein Formteil ohne Sperrschicht hergestellt wird. Erst nach einem erneuten Druckaufbau vor der Schmelzepumpe 100, 200, 300, und zwar durch gezieltes, dokumentierbares Starten des automatisch abgeschalteten Extruders 10, 20, 30 ermöglicht einen neuen Start der Formstation 70. Durch diese Maßnahme wird der für die Sicherheit notwendige Regelkreis wieder geschlossen.

Der Vollständigkeit halber sei noch angemerkt, daß anstelle des Betriebsparameters "Druck" auch beispielsweise das Drehmoment der Schmelzepumpen überwacht werden kann. Auch ein Abfall des Drehmoments kann somit als Indikator für ein Förderproblem ausgewertet werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

Verfahren zur Überwachung der Betriebszuverlässigkeit einer Co-Extrusions-Formanlage zur Herstellung von dreidimensionalen Behältern, wie zum Beispiel Kanistern und Schalen, wobei die Kunststoffmaterialien für die einzelnen Materialschichten über je einen Extruder einer Schmelzepumpe zugeführt wird, über die ihrerseits die Kunststoffmaterialen einem gemeinsamen Verteiler¬ kopf (Co-Extrusionskopf) und einer nachfolgenden profilgebenden Düse zugeführt werden, die als Extrudat die einzelnen Materialschichten abgibt und einer Form¬ station zuleitet, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Schmelzepumpe ein die Kontinuität des Förderstroms repräsentierender Betriebsparameter gemessen wird, und daß bei einem Absinken des Meßwerts des Betriebspara¬ meters unter einen vorgegebenen, auf Förderprobleme im Extruder hinweisenden Grenzwert die Formstation abge¬ schaltet, insbesondere in ihre Ruhestellung überführt wird.

Verfahren zur Überwachung der Betriebszuverlässigkeit einer Co-Extrusions-Formanlage nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet. daß als Betriebsparameter der Massedruck oder das Drehmoment der Extruderschnecke gemessen wird.